DE2258490A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE DIFFERENCES ON METAL SURFACES - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE DIFFERENCES ON METAL SURFACESInfo
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Description
23 o64 23 o64
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Nippon Kokan Kabushiki Kaisha^ Tokyo / JapanNippon Kokan Kabushiki Kaisha ^ Tokyo / Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Temperaturunterschieden an MetalloberflächenMethod and device for measuring temperature differences on metal surfaces
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung vzum Messen der Temperaturdifferenz zweier in einem Abstand voneinander befindlicher Punkte an der Oberfläche eines Metallkörpers mittels kontaktloser Oszillationsthermometer.The invention relates to a method and a device v for measuring the temperature difference between two points located at a distance from one another on the surface of a metal body by means of a contactless oscillation thermometer.
Bei bekannten Verfahren zum Messen von Temperaturen an Metalloberflächen wird entweder ein Strahlungsthermometer oder ein kontaktloses Oszillationsthermometer verwendet*In known methods for measuring temperatures on metal surfaces, either a radiation thermometer is used or a non-contact oscillation thermometer used *
- 2 309824/0833 - 2 309824/0833
Zwar wird durch das erstere Verfahren eine relativ hohe Genauigkeit bei der Temperaturmessung in einem 4oo° C überschreitenden Bereich erreicht, doch nimmt in einem Temperaturbereich unterhalb von 2oo° C die Messgenauigkeit stark ab, weil Infrarotstrahlen verwendet werden. Da insbesondere der Koeffizient der Strahlung an Metalloberflächen im Bereich der Infrarotstrahlung klein ist, ist die Messabweichung gross. Bei dem letzteren Verfahren ist es dagegen notwendig, verschiedene Frequenz-Temperatur-Eichkurven für verschiedene Materialien zu verwenden, so dass es notwendig ist, je nach Unterschieden in bezug auf Zusammensetzung, Härte etc. des Metalls das Messergebnis auszugleichen. It is true that the former method achieves a relatively high level of accuracy when measuring the temperature in a 400 ° C exceeded range is reached, but in a temperature range below 2oo ° C the measurement accuracy decreases strongly because infrared rays are used. Since, in particular, the coefficient of radiation on metal surfaces is small in the infrared radiation range, the measurement error is large. With the latter method it is however, it is necessary to use different frequency-temperature calibration curves for different materials, so that it is necessary to compensate the measurement result depending on the differences in composition, hardness, etc. of the metal.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein neues und verbessertes Temperaturunterschied-Messverfahren und eine Vorrichtung dafür vorzusehen, die in der Lage ist, den Temperaturunterschied an zwei Punkten an der Oberfläche eines Metallkörpers zu messen, und zwar bei niedrigen Temperaturbereichen mit höherer Genauigkeit als die bekannten Vorrichtungen.The aim of the present invention is therefore to provide a new and improved temperature difference measurement method and to provide a device for this which is able to measure the temperature difference at two points on the surface to measure a metal body, in fact at low temperature ranges with higher accuracy than the known Devices.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung dafür vorzusehen, mit denen der Temperaturunterschied an zwei Punkten an der Oberfläche eines Metallkörpers genau zu messen ist, ungeachtet der Metallart und ihres Kohlenstoffgehalts, wenn sie im wesentlichen die gleiche elektrische Leitfähigkeit und den gleichen Temperaturkoeffizienten der magnetischen Permeabilität besitzen.Another object of the invention is to provide a novel method and apparatus therefor with which the Temperature difference must be measured accurately at two points on the surface of a metal body, regardless of the type of metal and their carbon content if they have substantially the same electrical conductivity and temperature coefficient of magnetic permeability.
Erfindungsgemäss wird dies mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass folgende Teile vorgesehen sind: ein Paar Oszillatoren mit einem Paar Messspulen, welche in einem vorbestimmten Abstand zueinanderAccording to the invention, this is done with a device from the introduction described type achieved in that the following parts are provided: a pair of oscillators with a pair of measuring coils, which are at a predetermined distance from each other
. 3 -30982 4/0833. 3 -30982 4/0833
dicht an der Oberfläche angeordnet sind, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren bzw. entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequenzen,, ein Digitalanalogumwandler zum Umwandeln des Signals, und ein Vervielfacher zum Multiplizieren des Ausgangs des Digitalanalogumwandlers mit einer Konstanten oder dem_ Temperaturkoeffizienten der Frequenz. are located close to the surface, a device for generating a signal corresponding to the complement of the ratio of the output frequencies of the oscillators or according to the difference in the output frequencies ,, a digital to analog converter for converting the signal, and a multiplier for multiplying the output of the digital to analog converter by a constant or the temperature coefficient of frequency.
Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst folgende Schritte: Anordnen eines Paares temperaturempfindlicher Spulen eines Oszillatorpaares nahe an der Oberfläche, Erzeugen eines Signales entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren bzw. entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequenzen, Digitalanalogumwandlung des Signals und Multiplizieren des umgewandelten Signals mit einer Konstanten oder dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz.The method according to the invention comprises the following steps: arranging a pair of temperature-sensitive coils one Pair of oscillators close to the surface, generating a signal corresponding to the complement of the ratio of Output frequencies of the oscillators or according to the difference between the output frequencies, digital-to-analog conversion of the signal and multiplying the converted signal by a constant or the temperature coefficient of the Frequency.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben, wobei auf die beigefügten Darstellungen Bezug genommen ist.Further details of the invention are based on an exemplary embodiment explained and described in more detail, reference being made to the accompanying illustrations.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemassen Verfahrens,Fig. 1 shows a block diagram of the device for performing the method according to the invention,
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Temperatur von Eisen, Stahl und einer Eisenlegierung undFig. 2 is a graph showing the relationship between the electrical conductivity and the Temperature of iron, steel and an iron alloy and
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen Temperatur und Frequenz verschiedener Proben. -Figure 3 is a graph of the relationship between temperature and frequency of different samples. -
- 4 30982 h /0833- 4 30982 h / 0833
Die in Fig. 1 gezeigte Messvorrichtung enthält Oszillatoren 3 und 4, die jeweils kontaktlose mess- bzw. temperaturempfindliche Spulen 1 und 2 und eine Schaltung 5 enthalten, Vielehe so konstruiert ist, dass sie ein Komplement (l - fi//f2^ des Ver>hä.ltnisses f-j/fg zwischen Oszillationsfrequenzen f, "und fp der Oszillatoren 3 und 4, bzw. die Differenz f-, - fp erzeugt. Die Schaltung 5 kann aus einem Universalzähler bestehen, dessen Ausgang einem Vervielfältiger 7 durch einen Digitalanalogumwandler 6 eingegeben wird. Wie im Blockschaltbild gezeigt, sind die Messspulen 1 und 2 des kontaktlosen Thermometers in einem bestimmten Abstand zueinander nahe an der Oberfläche eines Metallkörper s 8 angeordnet, aber nicht so dicht daran,,, dass sie ihn berühren.The measuring device shown in Fig. 1 contains oscillators 3 and 4, each of which contains contactless measurement- or temperature-sensitive coils 1 and 2 and a circuit 5, plural marriage is constructed in such a way that it has a complement (l - f i // f 2 ^ of the ratio fj / fg between oscillation frequencies f, "and fp of the oscillators 3 and 4, or the difference f-, - fp generated. The circuit 5 can consist of a universal counter, the output of which is a multiplier 7 through a digital-to-analog converter 6. As shown in the block diagram, the measuring coils 1 and 2 of the contactless thermometer are arranged at a certain distance from one another, close to the surface of a metal body 8, but not so close to it that they touch it.
Vor Inbetriebnahme werden die Oszillatoren 3 und 4 so eingestellt, dass sie bei der gleichen Frequenz, oder f, = fp für gleiches Material, gleiche Temperatur und gleichen Abstand funktionieren. Die Messspulen 1 und 2 sind gegenüber der Oberfläche der Probe 8 an zwei in einem Abstand voneinander liegenden Punkten an einer VJaIz- bzw. Oberflächenbehandlungslinie angeordnet, deren Temperaturdifferenz gemessen werden soll. Das Komplement (l - f,/fp) des Verhältnisses der Oszillationsfrequenzen f. und foder Oszillatoren 3 und 4, bzw. die Differenz (f,-fp) wird durph den Univcrsalzähler 5 erhalten, und dieser Ausgang \vird durch den Digitalanalogumwandler 6 in ein Analogsignal umgewandelt. Das Analogsignal wird im Fall des Komplements des Frequenzverhältnisses mit einer geeigneten Konstanten oder im 1?al 1 der Frequenzdifferenz dem Temperaturkoeffizienten durch den Multiplier 7 multipliziert, um einen zum Temperaίuruntorschied zwischen den zwei Punkten proportionalen Ausgang ::u erzeugen.Before starting up, the oscillators 3 and 4 are set so that they work at the same frequency, or f, = fp for the same material, the same temperature and the same distance. The measuring coils 1 and 2 are arranged opposite the surface of the sample 8 at two points at a distance from one another on a VJaIz or surface treatment line, the temperature difference of which is to be measured. The complement (l - f, / fp) of the ratio of the oscillation frequencies f. And f o of the oscillators 3 and 4, or the difference (f, -fp) is obtained by the universal counter 5, and this output is obtained by the digital-to-analog converter 6 converted into an analog signal. The analog signal is in the case of the complement of the frequency ratio with a suitable constant or in the 1? al 1 of the frequency difference multiplied by the temperature coefficient by the multiplier 7 in order to generate an output: u proportional to the temperature difference between the two points.
30982 iv /083330982 iv / 0833
Gemäss Fig. 2 gleichen auch bei Legierungen einer kleinen Menge eines anderen Metalls mit einem reinen Metall die Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit dieser Legierungen im wesentlichen denen des reinen.Metalls. Die Kurven I bis IV in Fig. 2 zeigen das Verhältnis von Leitfähigkeit ? in Form von Mikroohm-cm und der Temperatur (°C) genauer und die Neigungen dieser Kurvei>zeigen den Temperaturkoeffizienten der Leitfähigkeit. Aus diesem Grunde sind gemäss den aufgrund von Ergebnissen'von Experi~ menten erstellten Kurven A bis Q, in Fig. 3 von verschiedenen Arten von Stahlplatten, bei- denen Kohlenstoffgehalt und Härte mit einem kontaktlosen Oszillationsthermometer gemessen wurden, die Temperaturkoeffizienten der Frequenz dieser verschiedenen Proben die gleichen. Folglich kann auch bei Führen verschiedenartiger Stahlplatten mit unterschied« lichem Kohlenstoffgehalt und unterschiedlicher Härte über den Verarbeitungsweg die Temperaturdifferenz T12 zweier Messpunkte nach den folgenden Gleichungen gemessen werden, ohne dass es nötig wäre, den Koeffizienten des Vervielfältigers auszuwechseln.According to FIG. 2, even in the case of alloys of a small amount of another metal with a pure metal, the temperature coefficients of the electrical conductivity of these alloys are essentially the same as those of the pure metal. Curves I to IV in Fig. 2 show the relationship between conductivity ? in the form of micro-ohm-cm and the temperature (° C) more precisely and the slopes of this curve show the temperature coefficient of conductivity. For this reason, according to the curves A to Q drawn up on the basis of experiments, in FIG. 3 of different types of steel plates in which the carbon content and hardness were measured with a non-contact oscillation thermometer, the temperature coefficients of the frequency of these different samples the same. Consequently, even when guiding different types of steel plates with different carbon content and different hardness over the processing path, the temperature difference T 12 of two measuring points can be measured according to the following equations, without it being necessary to change the coefficient of the multiplier.
T12 = k . (ι - T1Zt2) T 12 = k. (ι - T 1 Zt 2 )
oder T12 = a"1' (f2 - ίχ),
dabei ist k: eine Konstanteor T 12 = a " 1 '(f 2 - ί χ ),
where k: is a constant
a: der Temperaturkoeffizient der Frequenza: the temperature coefficient of the frequency
f,, f«: die Oszillationsfrequenzen jeweils der Oszillatoren 3 und 4.f ,, f «: the oscillation frequencies respectively of oscillators 3 and 4.
Die Gleichung 1 wird bei Eingabe des Komplements (l - ^ο/^λ) in. den Vervielfältiger 7» und die Gleichung 2 bei Eingabe der Differenz (fg. - ΐ^) verwendet.Equation 1 is used when entering the complement (l - ^ ο / ^ λ) in the multiplier 7 »and equation 2 when entering the difference (fg. - ΐ ^) .
Wie oben beschrieben, sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um die Temperaturdifferenz zweierAs described above, the invention provides a method and a device to measure the temperature difference between two
- 6 -309824/0833- 6 -309824/0833
6 - 2258A90 6 - 2258A90
Punkte zu messen, wobei ein Paar Messspulen von kontaktlosen Oszillatlonsthermometern so angeordnet werden, dass sie den beiden Punkten gegenüberliegen, welche in einem bestimmten Abstand an der Oberfläche von Metallkörpern angeordnet sind, die im wesentlichen die gleichen elektrischen Leitfähigkeiten und Temperaturkoeffizienten der Permeabilität aufweisen. Ein dem Komplement des Verhältnisses zwischen den Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren oder der Differenz dieser Ausgangsfrequenzen entsprechendes Signal wird erhalten, durch einen Digitalanalogumwandler in ein Analogsignal umgewandelt, das mit einer geeigneten Konstanten des Temperaturkoeffizienten der Frequenz multipliziert wird, wodurch die Temperaturdifferenz beider zu messenden Punkte gemessen wird. Erfindungsgemäss ist es möglich, die Temperaturdifferenz in einem niedrigen Temperaturbereich (von normaler Temperautr bis zu 3oo° C) mit bedeutend grösserer Genauigkeit als mit den herkömmlichen kontaktlosen Temperaturme ssvor richtungen zu messen. Weiterhin ist es möglich, die Temperaturdifferenz an zwei Punkten der Oberfläche von Eisenkörpern zu messen, ungeachtet des Typs der Eisenkörper und ihres Kohlenstoffgehalts. Wenn eine der Spulen an einem Punkt angeordnet ist, an dem die Temperatur des Objektes leicht durch einen anderen Thermometertyp, z.B. einen Kontaktthermometer, gemessen werden kann, oder wo es leicht mög lich iat, die Temperatur des Objektes anzunehmen, und wenn die durch die eine Spule gemessene Temperatur zu der gemessenen Temperaturdifferenz addiert wird, ist es leicht möglich, die tatsächliche Temperatur zu messen. To measure points, wherein a pair of measuring coils of non-contact oscillation thermometers are arranged so that they are opposite to the two points which are arranged at a certain distance on the surface of metal bodies which have essentially the same electrical conductivities and temperature coefficients of permeability. A signal corresponding to the complement of the ratio between the output frequencies of the oscillators or the difference between these output frequencies is obtained, converted by a digital-to-analog converter into an analog signal which is multiplied by a suitable constant of the temperature coefficient of the frequency, whereby the temperature difference of the two points to be measured is measured. According to the invention it is possible to measure the temperature difference in a low temperature range (from normal Temperautr up to 300 ° C) with significantly greater accuracy than with the conventional contactless Temperaturme ssvor devices. Furthermore, it is possible to measure the temperature difference at two points on the surface of iron bodies regardless of the type of iron body and its carbon content. If one of the coils is located at a point where the temperature of the object can easily be measured by another type of thermometer, e.g. a contact thermometer, or where it is easily possible to take the temperature of the object, and if the one Coil measured temperature is added to the measured temperature difference, it is easily possible to measure the actual temperature.
309824/0833309824/0833
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